如图所示,水平地面上方被竖直线MN分隔成两部分,M点左侧地面粗糙,动摩擦因数为μ=0.5,右侧光滑.MN右侧空间有一范围足够大的匀强电场.在O点用长为 R=5m的轻质绝缘细绳,拴一个质量mA=0.04kg,带电量为q=+210-4的小球A,在竖直平面内以v=10m/s的速度做顺时针匀速圆周运动,运动到最低点时与地面刚好不接触.处于原长的弹簧左端连在墙上,右端与不带电的小球B接触但不粘连,B球的质量mB=0.02kg,此时B球刚好位于M点.现用水平向左的推力将B球缓慢推至P点(弹簧仍在弹性限度内),MP之间的距离为L=10cm,推力所做的功是W=0.27J,当撤去推力后,B球沿地面右滑恰好能和A球在最低点处发生正碰,并瞬间成为一个整体C(A、B、C均可视为质点),碰后瞬间立即把匀强电场的场强大小变为E=6
103N/C,电场方向不变.(取g=10m/s2)求:
(1)A、B两球在碰前匀强电场的大小和方向.
(2)碰撞后整体C的速度.
(3)整体C运动到最高点时绳的拉力大小.
(1)2×103N/C 方向竖直向上 (2)5m/s (3)3N
(1)要使小球在竖直平面内做匀速圆周运动,必须满足
F电=Eq=mAg (1分)
所以 =2×103N/C 方向竖直向上
(2)由功能关系得,弹簧具有的最大弹性势能
设小球运动到
点时速度为
,由功能关系得
两球碰后结合为,设
的速度为
,由动量守恒定律得
(3)加电场后,因
所以不能做圆周运动,而是做类平抛运动,设经过时间
绳子在Q处绷紧,由运动学规律得
可得
即:绳子绷紧时恰好位于水平位置,水平方向速度变为0,以竖直分速度开始做圆周运动
设到最高点时速度为由动能定理得;
得
在最高点由牛顿运动定律得; 求得